(57)【要約】【課題】全撮像対象領域の各分割撮像領域を自動で決定して分割撮像を自動で行え、且つ分割撮像画像の分解能が十分得られるようにカメラの設置位置を容易に決定可能な手段を備える分割撮像方式と装置の提供。【解決手段】適正な位置からのずれ表示に従って設置された所定の画角に設定された広視野角の第１のカメラにより全撮像対象領域の撮像画像を取得し、撮像画像上で全撮像対象領域の境界を指定し、該境界、第１のカメラおよび第２のカメラの撮像時の画角、全撮像対象領域の撮像時の第１のカメラの位置・姿勢、並びに第１のカメラと第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、各分割撮像領域のサイズと配置並びに各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し第２のカメラの位置・姿勢を記憶されている数値に合わせこみながら分割撮像を行う。【選択図】図１
2006166107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して前記全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより前記全撮像対象領域の分割撮像を実施する方式であって、前記撮像画像において該全撮像対象領域の境界を指定し、該境界、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラの画角、前記第１のカメラの撮像時の位置・姿勢、並びに前記第１のカメラと前記第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、前記各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢を決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し前記第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に合わせこみながら撮像を行う分割撮像方式。
【請求項２】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して前記全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより前記全撮像対象領域の分割撮像を実施する方式であって、前記撮像画像において該全撮像対象領域の境界を指定し、該境界、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラの画角、撮像時の前記第１のカメラの位置・姿勢、並びに前記第１のカメラと前記第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、前記各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢を自動で決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し前記第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に自動で合わせこみながら自動撮像を行う分割撮像方式。
【請求項３】
前記第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の前記第１のカメラによる撮像画像の外周対応位置を前記第２のカメラで撮像した画像を正対化補正した画像の前記外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、前記第１のカメラの画角が予め設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の分割撮像方式。
【請求項４】
前記第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の前記第１のカメラによる撮像画像を正対化補正した画像の外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、前記第１のカメラの画角が予め設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の分割撮像方式。
【請求項５】
作業者が前記全撮像対象領域を撮像可能な位置に請求項３又は請求項４に記載する方法で予め画角を設定した前記第１のカメラを仮に設置し、前記第１のカメラの撮像範囲に前記全撮像対象領域が入っていることを確認するカメラ仮設置ステップと、
前記第１のカメラの光軸を前記全撮像対象領域に向け、該全撮像対象領域の映像が前記第１のカメラの撮像範囲の中に適正に配置されるようにし、計測のための仮の撮像を行う仮撮像ステップと、
表示体上に表示された撮像画像によって、前記全撮像対象領域と該全撮像対象領域上の基準点を指定する撮像対象領域指定ステップと、
測距装置により計測された前記第１のカメラから前記仮の撮像画像上で指定された前記全撮像対象領域上の３点以上の任意の点までの距離と位置・姿勢計測制御手段により計測された前記第１のカメラから見た前記任意の点の方位角および俯仰角を使用して、前記全撮像対象領域の表面を平面と見做した面を含む全撮像対象領域基準面の空間位置を計算し、前記基準点に前記第１のカメラの光軸を合わせたときの、前記全撮像対象領域基準面の前記光軸に対する傾斜角と、前記第１のカメラの位置から前記全撮像対象領域基準面へ下ろした垂線の長さＶと、該垂線と前記全撮像対象領域基準面との交点の前記基準点に対する位置関係と、前記第１のカメラと前記第１のカメラから最も遠い前記全撮像対象領域上の点Ｎとを結ぶ直線と該点Ｎにおける前記全撮像対象領域の法線とのなす角度αｍａｘを計算し、該角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１を超えるときは更に前記交点の位置を変えない条件で前記第１のカメラを前記全撮像対象領域基準面に対して垂直な方向に後退させて前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１と等しくなるときの前記第１のカメラから前記交点までの距離Ｖｉを計算するカメラ位置計算ステップと、
カメラ位置計算ステップの結果を表示し、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１を超えている場合はカメラ位置移動探索ステップへ移行し、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内のときはカメラ設置位置固定ステップへ移行するカメラ位置表示ステップと、
作業者が、前記表示体に表示された前記第１のカメラの移動方向と移動量情報に従って、前記第１のカメラの移動可能方向を判断しながら前記第１のカメラを移動させ、仮撮像ステップ以降のステップを制御装置に実行させることを繰り返して、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内となる前記第１のカメラの設置位置を探し出して移動終了撮像ステップへ移行するか、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内となる前記第１のカメラの設置位置を探し出すことができなかったときは前記全体撮像領域を前記第１のカメラによる１回の撮像画像から前記分割撮像領域を決定できないと判断するかのいずれかを実行するカメラ位置移動探索ステップと、
作業者が前記第１のカメラの位置を固定するカメラ設置位置固定ステップ
とを実行して、前記第１のカメラで前記全撮像対象領域を撮像することを特徴とする請求項１または２に記載の分割撮像方式。
【請求項６】
各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢は、前記各分割撮像領域の縦横の各寸法に対して各々所定の割合の重なり領域が隣り合う分割撮像領域の間に確保できるように、決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の分割撮像方式。
【請求項７】
前記決定された各分割撮像領域の配置の前記全撮像対象領域との相対的な位置関係によって、前記所定の割合を変更し、前記各分割撮像領域の配置を変更することができることを特徴とする請求項６に記載の分割撮像方式。
【請求項８】
前記全撮像対象領域の境界を前記撮像画像の外周で代用することを特徴とする請求項１又は２に記載の分割撮像方式。
【請求項９】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して前記全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより前記全撮像対象領域の分割撮像を実施することが可能な装置であって、
前記全撮像対象領域を撮像する前記第１のカメラと、
前記全撮像対象領域の分割撮像を行うための前記第１のカメラより視野角が狭い前記第２のカメラと、
前記第１のカメラから前記全撮像対象領域上の指定された点までの距離を測定するための測距装置と、
前記第１のカメラの位置と姿勢を計測制御するための位置・姿勢計測制御手段と、
制御装置とから成り、
該制御装置は、前記撮像画像を記憶し、該撮像画像において前記全撮像対象領域を含むように指定された境界、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラの画角、前記位置・姿勢計測制御手段によって計測される前記全撮像対象領域撮像時の前記第１のカメラの位置・姿勢、並びに前記第１のカメラと前記第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、前記分割撮像を実施する際の前記各分割撮像領域のサイズと配置並びに前記各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢を決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、前記各分割撮像領域に対し前記第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に合わせこみながら撮像を行い、前記分割撮像を行うことができるように制御することを特徴とする分割撮像装置。
【請求項１０】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して前記全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより全撮像対象領域の分割撮像を実施することが可能な装置であって、
全撮像対象領域を撮像する前記第１のカメラと、
前記全撮像対象領域の分割撮像を行うための前記第１のカメラより視野角が狭い前記第２のカメラと、
前記第１のカメラから前記全撮像対象領域上の指定された点までの距離を測定するための測距装置と、
前記第１のカメラの位置と姿勢を計測制御するための位置・姿勢計測制御手段と、
制御装置とから成り、
該制御装置は、該撮像画像において前記全撮像対象領域を含むように指定された境界、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラの画角、前記位置・姿勢計測制御手段によって計測される前記全撮像対象領域撮像時の前記第１のカメラの位置・姿勢、並びに前記第１のカメラと前記第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、前記分割撮像を実施する際の各分割撮像領域のサイズと配置並びに前記各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢を自動で決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、前記各分割撮像領域に対し前記第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に自動で合わせこみながら自動で撮像を行うように制御し、前記分割撮像を行うことを特徴とする分割撮像装置。
【請求項１１】
前記第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の前記第１のカメラによる撮像画像の外周対応位置を前記第２のカメラで撮像した画像を正対化補正したときの前記外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、前記第１のカメラの画角が予め設定されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の分割撮像装置。
【請求項１２】
前記第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の前記第１のカメラによる撮像画像を正対化補正した画像の外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、第１のカメラの画角が予め設定されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の分割撮像装置。
【請求項１３】
作業者が前記全撮像対象領域を撮像可能な位置に請求項３又は請求項４に記載する方法で予め画角を設定した前記第１のカメラを仮に設置し、前記第１のカメラの撮像範囲に前記全撮像対象領域が入っていることを確認するカメラ仮設置ステップと、
前記第１のカメラの光軸を前記全撮像対象領域に向け、該全撮像対象領域の映像が前記第１のカメラの撮像範囲の中に適正に配置されるようにし、計測のための仮の撮像を行う仮撮像ステップと、
表示体上に表示された撮像画像によって、作業者が前記全撮像対象領域と該全撮像対象領域上の基準点を指定する撮像対象領域指定ステップと、
制御装置が、前記測距装置により計測された前記第１のカメラから前記仮の撮像画像上で指定された前記全撮像対象領域上の３点以上の任意の点までの距離と前記位置・姿勢計測制御手段により計測された前記第１のカメラから見た前記任意の点の方位角および俯仰角を使用して、前記全撮像対象領域の表面を平面と見做した面を含む全撮像対象領域基準面の空間位置を計算し、前記基準点に前記第１のカメラの光軸を合わせたときの、前記全撮像対象領域基準面の前記光軸に対する傾斜角と、前記第１のカメラの位置から前記全撮像対象領域基準面へ下ろした垂線の長さＶと、該垂線と前記全撮像対象領域基準面との交点の前記基準点に対する位置関係と、前記第１のカメラと前記第１のカメラから最も遠い前記全撮像対象領域上の点Ｎとを結ぶ直線と該点Ｎにおける前記全撮像対象領域の法線とのなす角度αｍａｘを計算し、該角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１を超えるときは更に前記交点の位置を変えない条件で前記第１のカメラを前記全撮像対象領域基準面に対して垂直な方向に後退させて前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１と等しくなるときの前記第１のカメラから前記交点までの距離Ｖｉを計算するカメラ位置計算ステップと、
前記制御装置がカメラ位置計算ステップの結果を表示し、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１を超えている場合はカメラ位置移動探索ステップへ移行し、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内のときはカメラ設置位置固定ステップへ移行するカメラ位置表示ステップと、
作業者が、前記表示体に表示された前記第１のカメラの移動方向と移動量情報に従って、前記第１のカメラの移動可能方向を判断しながら前記第１のカメラを移動させ、仮撮像ステップ以降のステップを前記制御装置に実行させることを繰り返して、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内となる前記第１のカメラの設置位置を探し出して移動終了撮像ステップへ移行するか、前記角度αｍａｘが前記第１のカメラの画角の２分の１以内となる前記第１のカメラの設置位置を探し出すことができなかったときは前記全体撮像領域を前記第１のカメラによる１回の撮像画像から前記第２のカメラによる前記分割撮像領域を決定できないと判断するかのいずれかを実行するカメラ位置移動探索ステップと、
作業者が前記第１のカメラの位置を固定するカメラ設置位置固定ステップ
とを実行して、前記第１のカメラで前記全撮像対象領域を撮像することを特徴とする請求項９または１０に記載の分割撮像装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための前記第２のカメラの位置・姿勢を、前記各分割撮像領域の縦横の各寸法に対して各々所定の割合の重なり領域が隣り合う分割撮像領域の間に確保できるように、決定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の分割撮像装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、決定された前記各分割撮像領域の配置の前記全撮像対象領域との相対的な位置関係によって、前記所定の割合を変更し、前記各分割撮像領域の配置を変更することができることを特徴とする請求項１４に記載の分割撮像装置。
【請求項１６】
前記制御装置が、前記第１のカメラの撮像画像の外周を前記全撮像対象領域の境界として代用指定することを特徴とする請求項９又は１０に記載の分割撮像装置。
【請求項１７】
前記第１のカメラと前記第２のカメラが、相対的な位置、姿勢関係が変わらないように共通の保持手段に固定されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の分割撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物等の表面構造部分の欠陥の調査あるいは検査等のために、カメラで構造物の表面を撮像する際に、被撮像領域が広く、カメラの画角と分解能の制限から一度に撮像ができず小領域に分けて分割撮像をしなければならないときに、分割撮像を容易に可能とする方式と装置に関する。
詳しくは、広視野角の第１のカメラにより被撮像領域全体を撮像し、その撮像画像を使用して第２のカメラによる分割撮像を行うための分割撮像領域と各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの方向と姿勢を自動的に決定し、それに従って分割撮像を行う方式と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
広い領域を限られた画角のカメラで撮像しようとする場合、分割撮像によって全撮像対象領域を撮像し、分割撮像画像をつなぎ合わせることを行っている。この分割撮像を行うときに環境の悪い撮像現場で、分割撮像用カメラの画角を参考にして分割撮像カメラの位置、方向、姿勢を合わせ込む道具を手動で調整しながら、隣接の分割撮像領域間で撮像画像が適度な重なりを生じるように分割撮像カメラを各分割撮像領域に対して合わせる方法をとっていた。この作業は、現場作業者にとって非常に煩わしく、時間を要し、結果として大きな疲労を伴う、また間違いを起こす作業として問題となっていた。
【０００３】
また、上記間違いを起こす作業の一つとして、全撮像対象領域の境界領域にある分割撮像領域を撮像するにあたって、全撮像対象領域を平面と見立てた場合の全撮像対象領域の中心における法線上に分割撮像を行うカメラを設置したとしても、分割撮像を行うカメラの光軸と被撮像領域の法線のなす角度（仮に、角度βとする）が０度から大きく外れることによって撮像画像を正対化補正したときに実効画素密度（実効分解能）が一般的に角度β方向にｃｏｓβ倍に低下して計測に必要な分解能が得られないようになることを防止するため、上記角度βが所定の角度以内となるように角度の計測をしながら分割撮像用カメラの全撮像対象領域に対する距離を決めるというような煩雑な作業を行うか、又は角度を目見当で見積って分割撮像用カメラの全撮像対象領域に対する位置と距離を決めるというような不正確な作業を行っており、撮像現場で前記角度βが所定の角度以内であるか否かが簡易にまた正確に判断できる手段が存在しなかった。その結果、目見当で角度を見積もることによる不正確さにより、撮像画像を見てその不正確さに気づく、あるいは安全を見すぎて撮像距離を長めに設定することにより全体の分解能が低下する等の問題があった。
【特許文献１】本発明に対する先行発明特許は、出願時点で発見できていない。
【非特許文献１】本発明に対する先行技術文献は、出願時点で発見できていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、「背景技術」で述べた従来技術の問題点を解決する手段を提供することである。
詳細には、第１の課題は、隣接の分割撮像領域間で撮像画像が適度な重なりを生じるように、各分割撮像領域のサイズと配置、換言すれば各分割撮像のための分割撮像を行うカメラの位置、姿勢を自動決定し、全ての分割撮像領域に対して容易に正確に分割撮像が可能な分割撮像方式と分割撮像装置を提供することにある。
第２の課題は、分割撮像領域の法線と分割撮像用のカメラの光軸とのなす角度が前記所定の角度以内となり、その結果分割撮像画像の分解能が必要なレベルを確実に確保でき、なお且つ、撮像現場において撮像用カメラの適正な設置が容易にできるような分割撮像方法と分割撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより全撮像対象領域の分割撮像を実施する方式であって、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像において全撮像対象領域の境界を指定し、該境界、第１のカメラおよび第２のカメラの画角、第１のカメラの撮像時の位置・姿勢、並びに第１のカメラと第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に合わせこみながら撮像を行う分割撮像方式を採る。
【０００６】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより全撮像対象領域の分割撮像を実施する方式であって、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像において全撮像対象領域の境界を指定し、該境界、第１のカメラおよび第２のカメラの画角、第１のカメラの撮像時の位置・姿勢、並びに第１のカメラと第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を自動で決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に自動で合わせこみながら自動撮像を行う分割撮像方式を採ってもよい。
【０００７】
第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の第１のカメラによる撮像画像の外周対応位置を第２のカメラで撮像した画像を正対化補正した画像の前記外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、全撮像対象領域を撮像する第１のカメラの画角を予め設定する方式を採る。即ち、これは、第1のカメラで撮像された範囲のいかなるポイントにおいても第2のカメラで撮像した画像を正対化補正した画像においてそのポイントに対応する位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となる方式である。
【０００８】
第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の第１のカメラによる撮像画像を正対化補正した画像の外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、全撮像対象領域を撮像する第１のカメラの画角を予め設定する方式を採る。この手段は、厳密ではないが実用的な手段である。
【０００９】
作業者が全撮像対象領域を撮像可能な位置に請求項３又は請求項４に記載する方法（段落「０００７」又は段落「０００８」に記載する方法）で予め画角を設定した第１のカメラを仮に設置し、第１のカメラの撮像範囲に全撮像対象領域が入っていることを確認するカメラ仮設置ステップと、
第１のカメラの光軸を全撮像対象領域に向け、全撮像対象領域の映像が第１のカメラの撮像範囲の中に適正に配置されるようにし、計測のための仮の撮像を行う仮撮像ステップと、
表示体上に表示された撮像画像によって、全撮像対象領域と全撮像対象領域上の基準点を指定する撮像対象領域指定ステップと、
測距装置により計測された第１のカメラから仮の撮像画像上で指定された全撮像対象領域上の３点以上の任意の点までの距離と位置・姿勢計測制御手段により計測された第１のカメラから見た前記任意の点の方位角および俯仰角を使用して、全撮像対象領域の表面を平面と見做した面を含む全撮像対象領域基準面の空間位置を計算し、基準点に第１のカメラの光軸を合わせたときの、全撮像対象領域基準面の第１のカメラの光軸に対する傾斜角と、第１のカメラの位置から全撮像対象領域基準面へ下ろした垂線の長さＶと、該垂線と全撮像対象領域基準面との交点の基準点に対する位置関係と、第１のカメラ１０と第１のカメラ１０から最も遠い全撮像対象領域上の点Ｎとを結ぶ直線と点Ｎにおける全撮像対象領域の法線とのなす角度αｍａｘを計算し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１を超えるときは更に前記交点の位置を変えない条件で第１のカメラを全撮像対象領域基準面に対して垂直な方向に後退させて角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１と等しくなるときの第１のカメラから前記交点までの距離Ｖｉを計算するカメラ位置計算ステップと、
カメラ位置計算ステップの結果を表示し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１を超えている場合はカメラ位置移動探索ステップへ移行し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内のときはカメラ設置位置固定ステップへ移行するカメラ位置表示ステップと、
作業者が、表示体に表示された第１のカメラの移動方向と移動量情報に従って、第１のカメラの移動可能方向を判断しながら第１のカメラを移動させ、仮撮像ステップ以降のステップを制御装置に実行させることを繰り返して、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内となる第１のカメラの設置位置を探し出して移動終了撮像ステップへ移行するか、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内となる第１のカメラの設置位置を探し出すことができなかったときは全体撮像領域を第１のカメラによる１回の撮像画像から第２のカメラによる分割撮像領域を決定できないと判断するかのいずれかを実行するカメラ位置移動探索ステップと、
作業者が第１のカメラの位置を固定するカメラ設置位置固定ステップ
とを実行した後に第１のカメラで全撮像対象領域を撮像する方式を採る。
【００１０】
各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を、分割撮像領域の縦横の各寸法に対して各々所定の割合の重なり領域が隣り合う分割撮像領域の間に確保できるように、決定する方式を採る。
【００１１】
決定された各分割撮像領域の配置の全撮像対象領域との相対的な位置関係によって、前記所定の割合を変更し、各分割撮像領域の配置を変更することができる方式を採る。
【００１２】
全撮像対象領域の境界を撮像画像の外周で代用することもできる。
【００１３】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより全撮像対象領域の分割撮像を実施することが可能な装置であって、
全撮像対象領域を撮像する広視野角の第１のカメラと、
該全撮像対象領域の分割撮像を行うための前記第１のカメラより視野角が狭い第２のカメラと、
第１のカメラから全撮像対象領域上の指定された点までの距離を測定するための測距装置と、
第１のカメラの位置と姿勢を計測制御するための位置・姿勢計測制御手段と、
制御装置とから成り、
該制御装置は、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を記憶し、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像において全撮像対象領域を含むように指定された境界、第１のカメラおよび第２のカメラの画角、位置・姿勢計測制御手段によって計測される全撮像対象領域撮像時の第１のカメラの位置・姿勢、並びに第１のカメラと第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域のサイズと配置並びに各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に合わせこみながら撮像を行い、全撮像対象領域の分割撮像を行うことができるように制御する分割撮像装置とする。
【００１４】
広視野角の第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を利用して全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域を決定し、第２のカメラにより全撮像対象領域の分割撮像を実施することが可能な装置であって、
全撮像対象領域を撮像する広視野角の第１のカメラと、
該全撮像対象領域の分割撮像を行うための前記第１のカメラより視野角が狭い第２のカメラと、
第１のカメラから全撮像対象領域上の指定された点までの距離を測定するための測距装置と、
第１のカメラの位置と姿勢を計測制御するための位置・姿勢計測制御手段と、
制御装置とから成り、
該制御装置は、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像を記憶し、第１のカメラによる全撮像対象領域の撮像画像において全撮像対象領域を含むように指定された境界、第１のカメラおよび第２のカメラの画角、位置・姿勢計測制御手段によって計測される全撮像対象領域撮像時の第１のカメラの位置・姿勢、並びに第１のカメラと第２のカメラの相対的な位置・姿勢関係データを使って、全撮像対象領域を分割撮像する際の各分割撮像領域のサイズと配置並びに各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を自動で決定して記憶し、別途決められた分割撮像の順番に、各分割撮像領域に対し第２のカメラの位置・姿勢を前記決定された数値に自動で合わせこみながら自動で撮像を行うように制御し、全撮像対象領域の分割撮像を行う分割撮像装置とする。
【００１５】
第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の第１のカメラによる撮像画像の外周対応位置を第２のカメラで撮像した画像を正対化補正したときの前記外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、全撮像対象領域を撮像する第１のカメラの画角を予め設定した分割撮像装置とする。
【００１６】
第１のカメラの光軸に直角を成す平面である仮の撮像対象面の第１のカメラによる撮像画像を正対化補正した画像の外周対応位置の実効分解能が所定の分解能レベル以上となるように、全撮像対象領域を撮像する第１のカメラの画角を予め設定した分割撮像装置とすることもできる。
【００１７】
作業者が全撮像対象領域を撮像可能な位置に請求項３又は請求項４に記載する方法で予め画角を設定した第１のカメラを仮に設置し、第１のカメラの撮像範囲に全撮像対象領域が入っていることを確認するカメラ仮設置ステップと、
第１のカメラの光軸を全撮像対象領域に向け、全撮像対象領域の映像が第１のカメラの撮像範囲の中に適正に配置されるようにし、計測のための仮の撮像を行う仮撮像ステップと、
表示体上に表示された撮像画像によって、作業者が全撮像対象領域と全撮像対象領域上の基準点を指定する撮像対象領域指定ステップと、
制御装置が、測距装置により計測された第１のカメラから前記仮の撮像画像上で指定された全撮像対象領域上の３点以上の任意の点までの距離と位置・姿勢計測制御手段により計測された第１のカメラから見た前記任意の点の方位角および俯仰角を使用して、全撮像対象領域の表面を平面と見做した面を含む全撮像対象領域基準面の空間位置を計算し、基準点に第１のカメラの光軸を合わせたときの、全撮像対象領域基準面の第１のカメラの光軸に対する傾斜角と、第１のカメラの位置から全撮像対象領域基準面へ下ろした垂線の長さＶと、該垂線と全撮像対象領域基準面との交点の基準点に対する位置関係と、第１のカメラ１０と第１のカメラ１０から最も遠い全撮像対象領域上の点Ｎとを結ぶ直線と点Ｎにおける全撮像対象領域の法線とのなす角度αｍａｘを計算し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１を超えるときは更に前記交点の位置を変えない条件で第１のカメラを全撮像対象領域基準面に対して垂直な方向に後退させて角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１と等しくなるときの第１のカメラから前記交点までの距離Ｖｉを計算するカメラ位置計算ステップと、
制御装置がカメラ位置計算ステップの結果を表示し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１を超えている場合はカメラ位置移動探索ステップへ移行し、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内のときはカメラ設置位置固定ステップへ移行するカメラ位置表示ステップと、
作業者が、表示体に表示された第１のカメラの移動方向と移動量情報に従って、第１のカメラの移動可能方向を判断しながら第１のカメラを移動させ、仮撮像ステップ以降のステップを制御装置に実行させることを繰り返して、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内となる第１のカメラの設置位置を探し出して移動終了撮像ステップへ移行するか、角度αｍａｘが第１のカメラの画角の２分の１以内となる第１のカメラの設置位置を探し出すことができなかったときは全体撮像領域を第１のカメラによる１回の撮像画像から第２のカメラによる分割撮像領域を決定できないと判断するかのいずれかを実行するカメラ位置移動探索ステップと、
作業者が第１のカメラの位置を固定するカメラ設置位置固定ステップ
とを実行した後に第１のカメラで全撮像対象領域を撮像することを可能とする分割撮像装置とする。
【００１８】
制御装置は、各分割撮像領域のサイズと配置並びに該各分割撮像領域を撮像するための第２のカメラの位置・姿勢を、分割撮像領域の縦横の各寸法に対して各々所定の割合の重なり領域が隣り合う分割撮像領域の間に確保できるように、決定する分割撮像装置とする。
【００１９】
制御装置は、決定された各分割撮像領域の配置の全撮像対象領域との相対的な位置関係によって、前記所定の割合を変更し、各分割撮像領域の配置を変更することができる分割撮像装置とする。
【００２０】
制御装置が、第１のカメラの撮像画像の外周を全撮像対象領域の境界として代用指定することができる分割撮像装置とする。
【００２１】
第１のカメラと第２のカメラが、相対的な位置、姿勢関係が変わらないように共通の保持手段に固定されている分割撮像装置とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の効果は、分割撮像を行うときに、環境の悪い撮像現場で、隣接の分割撮像領域間で撮像画像が適度な重なりを生じるように、各分割撮像領域のサイズと配置、即ち分割撮像カメラの撮像時の位置、姿勢、方向を各分割撮像領域に対して自動で決定し、分割撮像カメラの撮像時の位置、姿勢、方向の合せと分割撮像を自動あるいはほぼ自動で行うことができるようになり、分割撮像が、現場作業者にとって非常に煩わしく、時間を要し、結果として大きな疲労を伴う作業であり、またその結果間違いを起こしやすかった従来技術の問題点がなくなったことである。
【００２３】
また、第２の効果は、全撮像対象領域の境界領域にある分割撮像領域を撮像するにあたって、分割撮像を行うカメラの光軸と被撮像領域面の法線のなす角度βが０度から大きく外れることによって撮像画像を正対化補正したときに実効画素密度が低下して計測に必要な分解能が得られないようになることを防止するため、上記の角度βが所定の角度以内となるように分割撮像用カメラの全撮像対象領域に対する位置を決める作業を撮像現場で正確に且つ簡易に行うことができる方法と装置が提供できたことで、従来問題であった現場作業で面倒な角度の判定が不要となり、また本発明がない場合にありがちだった、角度の目見当の見積もりによる不正確な計測あるいは予期しなかった低い分解能での計測を避けることが可能となったことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態について、実施例により図と共に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明を実施するための最良の形態の全体説明のための実施例１の全体構成を撮像領域とズーム機能を持つ広視野角の第１のカメラの撮像範囲を関連させて示す立体概念図である。
例えば、壁のような面からなる全撮像対象領域１の手前に、広視野角でズームの操作により画角が調整可能な、全撮像対象領域１を撮像するための第１のカメラ１０（いわゆる広角カメラ）、第１のカメラ１０に比較して視野角は狭く角度方向の分解能が高く全撮像対象領域1を分割して撮像するための第２のカメラ２０、および第１のカメラあるいは第２のカメラから撮像対象物までの距離を計測する測距装置３０が、計測器設置調整機構１００に搭載されて全撮像対象領域１の前方に配置されている。２は第１のカメラ１０の撮像範囲を示す枠で、全撮像対象領域の位置に描いたものである。以降カメラの撮像画像の最大枠をも撮像範囲という。
計測器設置調整機構１００は、第１のカメラ１０あるいは第２のカメラ２０から撮像対象物までの距離を計測する測距装置３０が直接搭載される保持手段Ａ１１０を持ち、保持手段Ａ１１０は軸心が共通の直線上にある回転軸１１１ａと１１１ｂを左右の端に持ち、回転軸１１１ａにはカップリング１２３を介して位置制御が可能なモータＡ１２０の出力軸１２１が連結され、回転軸１１１ｂは軸受１３０により回転自在に支えられている。モータＡ１２０は固定部材１２２により保持手段Ｂ１４０に固定され、軸受１３０も固定部材１３１により保持手段Ｂ１４０に固定されている。
保持手段Ｂ１４０は、位置制御が可能なモータＢ１５０の出力軸１５１に固定され、出力軸１５１に対して回転軸１１１ａと回転軸１１１ｂが直角となっている。モータＢ１５０は固定部材１５２により保持手段Ｃ１６０に固定されている。
保持手段Ｃ１６０は、軸心が共通の直線上にある回転軸１６１ａと１６１ｂを奥と手前の端に持ち、回転軸１６１ａには位置制御が可能なモータＣ１７０の出力軸１７１がカップリング１７３を介して連結され、回転軸１６１ｂは軸受１８０により回転自在に支えられている。モータＣ１７０は固定部材１７２により前記諸々の構成部品を地面等の固定物に安定支持するための三脚保持台１９０の上面１９１に固定され、軸受１８０も固定部材１８１によって三脚保持台１９０の上面１９１に固定されている。回転軸１６１ａと回転軸１６１ｂは、モータＢ１５０の出力軸１５１および回転軸１１１ａと回転軸１１１ｂに対し直角となっている。
【００２６】
共通の保持手段Ａ１１０に搭載された第１のカメラ１０、第２のカメラ２０および測距装置３０の光軸の方向は、三脚保持台１９０の地面に対する姿勢にかかわらず、モータＡ１２０とモータＢ１５０およびモータＣ１７０によって、いかなる姿勢の全撮像対象領域1に対しても撮像あるいは測距可能なように調整でき、当然２個のカメラの撮像範囲の縦横の姿勢と全撮像対象領域１の姿勢の合せも最適撮像ができるように無駄のない調整が可能である。
【００２７】
制御装置２００は、モータＡ１２０とモータＢ１５０およびモータＣ１７０の位置・回転量計測および制御、第１のカメラ１０と第２のカメラ２０の撮像と撮像画像の取込・記憶、第１のカメラによって撮像された画像を使って第２のカメラによる分割撮像のための分割撮像領域の決定と各分割撮像領域に対する撮像のための第２カメラ２０の位置と光軸の方向の決定、分割撮像装置のその他の機能に関する計算、表示および制御を司る。
【００２８】
図１は、第１のカメラ（広角カメラ）１０のビューファインダーを通して見たときに、第１のカメラ１０の撮像範囲２（第１のカメラのビューファインダーの所定領域範囲あるいは第１のカメラの撮像画像範囲と換言できる）が全撮像対象領域１を適度な余裕を持って覆うように、全撮像対象領域１の前方に第１のカメラ１０の位置が定められている状態を示す。このときの第１のカメラの位置と光軸１１の方向はモータＡ１２０とモータＢ１５０およびモータＣ１７０の基準位置からの回転位置情報、並びに既知の情報である計測器設置調整機構１００の形状寸法と保持手段Ａ１1０上の第１のカメラ１０の位置情報と第１のカメラ１０の形状情報とから知ることができる。因みに、モータＡ１２０、モータＢ１５０およびモータＣ１７０はエンコーダ等の回転位置検出器を持っているので、これらの回転位置検出器の情報を制御装置に読み込み、既知である基準位置情報を使って各モータの回転位置、即ち第１のカメラ１０の光軸１１の方向を知ることができる。
【００２９】
次に、本発明が解決しようとする第１の課題である「第１のカメラによって撮像された画像を使って第２のカメラによる分割撮像のための分割撮像領域の決定と各分割撮像領域に対する撮像のための第２カメラの位置と光軸の方向の決定を容易に行う分割撮像方式と分割撮像装置」を、制御装置の機能の詳細と共に説明する。
【００３０】
第１のカメラ１０の撮像範囲に全撮像対象領域１が入るように、計測器設置調整機構１００の据付（三脚保持台１９０の据付）と三個のモータの回転位置を調整して保持手段Ａ上の第１のカメラ１０の位置・姿勢（光軸の方向と光軸周りの角度方向姿勢）を調整して、第１のカメラ１０で全撮像対象領域１の撮像がなされ、全撮像対象領域1の撮像画像と第１のカメラの位置・姿勢と光軸の方向の情報が制御装置に送られる。
【００３１】
制御装置は、第２のカメラ２０による全撮像対象領域１の分割撮像のための小領域（分割撮像領域とも言う）の決定とその小領域に第２のカメラ２０の撮像範囲（一般には矩形と考えられる）を上下左右均等に重ね合わせるための第２のカメラ２０の位置と姿勢（光軸２１の方向と光軸２１周りの角度方向姿勢）を決定するプロセスに入る。この決定プロセスは、図２のフローチャートと図３に示す方法であり、以下にその詳細を説明する。
【００３２】
プロセスの詳細説明に入る前に、このプロセスを実行するための前提となることを述べる。
第１のカメラ１０について、画角Ω（垂直画角をΩｖ、水平画角をΩｈ）はズームの設定の仕方で変化するが、予めある値に設定されており既知であり、撮像範囲２は、図３（ａ）に示すように、撮像画像上で、縦方向Ｖ（画素ピッチ）×  横方向Ｈ（画素ピッチ）のサイズとし、このサイズは画角Ωにより決まり、既知である。
参考のため記すが、ＶおよびＨと画角Ωの関係は、Ｋ１およびＫ２を比例定数として、以下の（１）式、（２）式で表される。
Ｖ＝Ｋ１×Ω      （１）
Ｈ＝Ｋ２×Ω      （２）
また、第２のカメラ２０については、画角ω、垂直画角ωｖ、水平画角ωｈは最初から既知であり、撮像範囲に対応する撮像画像の縦方向サイズｖ２（画素ピッチ）および横方向サイズｈ２（画素ピッチ）も既知である。従って、縦方向サイズｖ２（画素ピッチ）および横方向サイズｈ２（画素ピッチ）を第１のカメラ１０の画素ピッチに換算したときの縦方向サイズｖ１（画素ピッチ）および横方向サイズｈ１（画素ピッチ）を求めると、
ｖ１＝ｋ×ｖ２×ωｖ／Ωｖ      （３）
ｈ１＝ｋ×ｈ２×ωｈ／Ωｈ      （４）
と表される。ここに、ｋは第１のカメラ１０の画素分解能と第２のカメラの画素分解能の変換係数である。
（３）式および（４）式により求められているｖ１およびｈ１を縦方向サイズおよび横方向サイズに持つ小矩形領域は、第１のカメラ１０による撮像画像上で見た第２のカメラ２０の撮像領域とみなせる。
【００３３】
以下、分割撮像領域を自動決定し、各分割撮像領域に第２のカメラ２０の撮像範囲（ｖ２×ｈ２）を上下左右バランスよく重ね合わせるための第２のカメラ２０の位置と姿勢（光軸２１の方向と光軸２１周りの角度方向姿勢）を決定し、自動的に全撮像対象領域１の分割撮像を実施するプロセスの説明に入る。
【００３４】
（ステップＳ２０１）
第１のカメラ１０の撮像画像（図３（ａ）で縦Ｖ（画素）、横Ｈ（画素）で示す範囲）の表示面上でＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５のコーナーからなる５角形で示してある全撮像対象領域1の画像の境界を指定する。以降、指定された境界を領域境界３と呼ぶ。５角形の全撮像対象領域１は一例として示すものである。
ここで、第１のカメラの撮像画像の表示面上で全撮像対象領域1の画像の境界を指定する方法は、領域境界３を便宜的に矩形（縦Ｖａ、横Ｈａで、縦横の辺は仮にＶおよびＨにそれぞれ平行）とし、該矩形の対角隅（対角線上にある２隅）とすべき表示面上の点にカーソルポインターの位置を合わせ、クリック入力を行う方法をとる。この動作ができる機能を制御装置に備えておく。領域境界３は、全撮像対象領域1の画像に接しているかその外側で限りなく全撮像対象領域1の画像に接近した状態で指定されることが好ましい。
また、境界を指定する方法については、後の説明で明らかなように、本来必要のない分割撮像領域を指定しないために矩形以外の多角形で指定する、あるいは縦Ｖａ、横Ｈａの領域境界３の縦横の辺がＶおよびＨに平行ではなく任意の角度の四角形とする、あるいは、少し無駄が多くなるかもしれないが、第１のカメラ１０の撮像画像の外周を代用する等、他の方法を採ってもかまわない。
【００３５】
（ステップＳ２０２）
領域境界３の撮像画像上での配置を定量的に計測する。
その方法は、例えば、Ｖａ、Ｈａの値（画素ピッチ）と領域境界３の基準点の撮像画像の基準点との位置関係を求めることである。以下、両方の画像の基準点をそれぞれ各々の画像の中心におくことにする。
【００３６】
（ステップＳ２０３）
このステップは、領域境界３に囲まれた領域（以降、境界矩形領域とも言う）を第２のカメラ２０で分割撮像するための分割撮像領域のサイズを決定するステップである。
（３）式および（４）式により求められたｖ１およびｈ１を縦方向サイズおよび横方向サイズに持つ小矩形領域（図３（ｂ）参照）は、第１のカメラ１０による撮像画像上に置き換えた第２のカメラ２０の撮像領域であり、境界矩形領域を第２のカメラ２０で分割撮像するとした場合、各分割撮像画像間に重なりを全く生じないように分割撮像領域を配置する場合の分割撮像領域に相当する。
実際は、操作上起こる各種の設定のずれ、あるいは計算上の各種の省略の結果生じるずれ等、諸々の誤差要因で、理想的な計算どおりの分割撮像を行うことはできず、分割撮像領域の境界近辺で撮像漏れの生じる危険性がある。
そのために、各分割撮像画像が適正な量の重なり部分を隣接の分割撮像画像との間で持つことが可能なように、各分割撮像領域のサイズを、適度な重なりが生じるように、上記ｖ１×ｈ１の小矩形より小さく設定する。
その重なりの割合を、境界の１辺で見た場合、垂直方向にｖ１の（ｙ×１００）％、水平方向にｈ１の（ｘ×１００）％とすると、実際の各分割撮像領域の正味のサイズは、第１のカメラ１０の撮像画像上で、図３（ｂ）で示すように、ｖ（垂直方向）×ｈ（水平方向）の矩形となる。ここに、
ｖ＝ｖ１×（１−２ｙ）      （５）
ｈ＝ｈ１×（１−２ｘ）      （６）
となる。
【００３７】
（ステップＳ２０４）
境界矩形領域を最小の数の分割矩形で覆うべく、ステップＳ２０２で計測した第１のカメラ１０の撮像画像上での境界矩形領域の配置情報を使用して、ステップＳ２０３で決まった分割撮像領域の正味のサイズの分割矩形を境界矩形領域上にカードをつき合わせるごとくに隙間なく並べて配置する。そして、これら配置された各分割矩形を各分割撮像領域とする。
また、各分割矩形の中心の位置を、第１のカメラ１０の撮像画像の中心を基準として計測する。そのときの各分割矩形の姿勢（ｖあるいはｈのＶあるいはＨに対する傾き）も第１のカメラ１０の撮像画像のＶあるいはＨを基準に計測する。
自明のことであるが、上記配置の結果、図３（ａ）において破線で描いてあるように、いくつかの分割矩形の一部が境界矩形領域をはみ出すことは、当然常時起こりうることであり、はみ出した部分の分割撮像画像は、通常は捨てるか無視すればいいものである。
分割矩形の配置の際の上記はみ出し部分の上下左右のバランスの決め方については、以下（１）から（３）に例を示すごとく各種存在する。
（１）縦Ｖａ、横Ｈａの境界矩形領域に対して、上下左右とも同量のはみ出しとして、自動で行わせる方法。
（２）縦Ｖａ、横Ｈａの境界矩形領域に対して、上下、左右各々一方のはみ出しを所定の量（ゼロでもいい）に固定し、他方は成り行きに任せる条件で、自動で行わせる方法。
（３）縦Ｖａ、横Ｈａの境界矩形領域を覆うように並べた分割矩形全体を、手動で移動可能なモードを設定し、作業者の目で見て最適なはみ出し状態に調整する方法。
（１）、（２）あるいは（３）の場合に、分割矩形の並んでいる上下左右の方向で分割矩形全体の両側のはみ出し量の和がその方向に平行な分割矩形の辺の長さ未満で、その辺の長さに近いときに、はみ出し量の和がその辺の長さ以上になるように、ｘあるいはｙを変更し（減少させ）て分割矩形のサイズを変更し（増加させ）て並べ替え、再度、（１）、（２）あるいは（３）の方法ではみ出し量を決めることができる機能を、制御装置に持たせることができる。その効果は、分割撮像枚数を減らすことができることである。
因みに、ｘあるいはｙを変更する方法は、はみ出し量の和を計算して、その和がその方向の分割矩形の辺の長さ以上でできるだけその長さに近くなるように自動で計算を行って自動で変更する方法と手動で行う方法が採れる。
【００３８】
（ステップＳ２０５）
ステップＳ２０４で配置が決定された各々の分割撮像領域に対して、第２のカメラの光軸を分割撮像領域の中心に合わせるためと第２のカメラ２０の撮像領域（ｖ２×ｈ２の矩形領域）の姿勢をステップＳ２０４で配置した当該分割撮像領域の姿勢（傾き）に合わせるための各モータの基準位置からの相対回転量を計算によって自動で決定する。
当然のことながら、この計算には、計測器設置調整機構１００の機械的寸法およびその上に搭載されている各カメラの機械的寸法と、計測器設置調整機構１００と各カメラの相対的位置、姿勢を含む機械的寸法が使用される。
【００３９】
（ステップＳ２０６）
各々の分割撮像領域に対する撮像の順番を決定し、「その順番に従って、各々のモータに対しステップＳ２０４で計算によって決定された必要回転量の駆動を行い、位置決めが完了した時点で分割撮像をする」サイクルを繰返し、全撮像対象領域1の分割撮像を完了する。
撮像の順番は、自動で決定できるようにその手順が予め制御装置にプログラムされているが、手動で決定できるモードに切り替えることも可能である。当然最初から手動で決定するような制御装置としてもよい。
【００４０】
次に、本発明が解決しようとする第２の課題である、全撮像対象領域１の境界領域にある分割撮像領域を撮像するにあたって、分割撮像を行う第２のカメラ２０の光軸と被撮像領域の法線（被撮像領域を近似的に平面と見做せる場合、その平面とカメラの光軸の交点におけるその平面の法線で、以下、代表法線とも呼ぶ。）のなす角度βが０度から大きく外れることによってその部分の撮像画像を正対化補正したときに実効画素密度（実効分解能）が第２のカメラ２０の光軸が代表法線と一致している場合の分解能に比べて一般的に角度β方向にｃｏｓβ倍に低下して計測に必要な分解能が得られないようになることを解決するための手段について説明する。
【００４１】
その手段は、原理的には、予め、第１のカメラ１０の撮像範囲２（撮像画像上で、縦方向Ｖ（画素ピッチ）×  横方向Ｈ（画素ピッチ）のサイズ）を全て埋めるように全撮像対象領域１の映像が配置されているとした場合、撮像範囲２の最外側（矩形の撮像範囲の４隅）に対応する全撮像対象領域1上の位置における撮像対象面の法線（換言すれば、当該位置における代表法線）と当該位置を自らの光軸上においてその近傍を第２のカメラ２０で撮像したときの第２のカメラ２０の光軸と当該位置における全撮像対象領域1の代表法線とのなす角度βが、その撮像画像に対して正対化補正を行ったときに実効画素密度が必要な所定の密度（所定の分解能レベル）を下回らないような角度（以下、所定の角度という）以下となるようにすることである。
上述した第１のカメラ１０の画角の調整は、第１のカメラ１０と第２のカメラ２０並びに全撮像対象領域１との位置および角度関係データを計算上必要とし、上記位置を変更しながら上記位置および角度関係の計測と計算の繰返しとなり正確ではあるが少し煩雑な手段となる。
【００４２】
本実施例では、さらに実用的に等価な手段を用いており、第１のカメラ１０と第２のカメラ２０はいずれの撮像距離と比べても非常に小さい距離しか離れていない位置に配置されているため、上記「当該位置を自らの光軸上においてその近傍を第２のカメラ２０で撮像したとき」の第２のカメラ２０の光軸と上記当該位置における全撮像対象領域１の代表法線とのなす角度βは第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点と上記当該位置とを結ぶ直線と上記当該位置における全撮像対象領域１の代表法線とのなす角度αと見做しても誤差は許容しうると考えられることから、予め、第１のカメラ１０の撮像範囲２を全て埋めるように全撮像対象領域１の映像が配置されているとした場合、撮像範囲２の最外側（矩形の撮像範囲の４隅）に対応する全撮像対象領域1上の位置における撮像対象面の法線と第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点と上記当該位置とを結ぶ直線とのなす角度αを所定の角度以下となるように、第１のカメラ１０の画角を調整している。
この調整を行っておけば、第２のカメラ２０で第１のカメラ１０が撮像した範囲内の領域を撮像するときには、第２のカメラ２０の光軸とこの光軸と交差する被撮像領域面上の点における代表法線とのなす角度はほぼ所定の角度以内となると考えてよい。
また、角度αは所定の角度より小さめに調整しておいても問題はなく、小さめに設定した分、現場作業上、第１のカメラのセット位置に対する許容誤差が大きくできる利点がある。
【００４３】
本実施例における第１のカメラ１０の画角調整の具体的方法は、画角とズームの関係が既知で直接画角を設定できる場合は、直接ズームを操作して調整する方法であるが、他の方法は、図４に示す方法である。図４は理解を容易にするために第１のカメラ１０と全撮像対象領域１の関係を角度αの存在する平面上で二次元で示してある第１のカメラ１０の光軸に垂直なキャリブレーション用に作成した仮の撮像対象面ＰＬ上に置かれた目印Mと第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点とを結ぶ直線と目印Mにおける法線のなす角度αが所定の角度となるように第１のカメラ１０の位置と目印Ｍの位置を決定し、その後に、矩形の撮像画像のいずれかの角隅に目印Ｍの像が配置されるように第１のカメラ１０のズームを調整する。当然、このときの第１のカメラ１０の画角が、設定すべき画角Ωになっている。
【００４４】
次に、上記のように画角を設定した第１のカメラ１０によって、現実の撮像現場において全撮像対象領域１全体を撮像する場合に、第１のカメラ１０を全撮像対象領域１の中心における法線上の任意の位置に簡単に設置でき、図５（ａ）（図４と同様に二次元で示してある）に示すように、第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点と全撮像対象領域１の第１のカメラ１０から最も遠い点Ｍを結ぶ直線と点Ｍにおける全撮像対象領域１の法線とのなす角度αが上記所定の角度以下とできるか、あるいは該法線から離れても図５（ｂ）（図４と同様に二次元で示してある）に示すように、第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点と第１のカメラ１０から最も遠い全撮像対象領域１上の点Ｎを結ぶ直線と点Ｎにおける全撮像対象領域１の法線とのなす角度α（このときの角度αをαｍａｘとよぶ）が上記所定の角度以下となるように簡単に配置できる場合は、そのまま第１のカメラで撮像してかまわない。
【００４５】
しかしながら、図５（ｂ）で示す場合で角度αｍａｘが上記所定の角度以下になるように第１のカメラ１０を設置できているかわからないかあるいは設置できなかった場合は、第１のカメラ１０の位置を計測して適正な位置に設置しなおさなければならない。
そのためには撮像現場で第１のカメラ１０の全撮像対象領域１に対する相対位置を容易に決定できる手段を準備しなければならない。その手段について以下に説明する。
この手段の基本的な考え方は、平面と仮定した全撮像対象領域1を平面と仮定した面を含む平面である全撮像対象領域基準面上で、第１のカメラ１０の設定された画角Ωでカバーされる全撮像対象領域基準面上の領域上で第１のカメラ１０から最も離れた位置にある点Nと第１のカメラ１０のレンズ系の後側主点とを結ぶ直線と点Nにおける近傍平面の代表法線とのなす角度αｍａｘが所定の角度以下になるように、第１のカメラ１０の位置を変えてαｍａｘを測定しながら、最終の第１のカメラ１０の設置位置を決めることにある。
以下、この手段をステップごとに説明する。
【００４６】
（ステップＳ６０１）予め画角を設定した第１のカメラ１０を搭載した計測器設置調整機構１００を全撮像対象領域1の前方の任意の位置に仮に設置し、第１のカメラ１０の撮像範囲２の中に全撮像対象領域１の映像が存在することを確認する。
ただし、任意の位置は、全撮像対象領域１の中心近傍の基準点Ｃにおける法線にできるだけ近い方が、位置決定を迅速に行う観点から望ましい。
【００４７】
（ステップＳ６０２）第１のカメラ１０の光軸を全撮像対象領域１の中心近傍に合わせ、且つ第１のカメラ１０の撮像範囲（Ｖ×Ｈの矩形）の中に全撮像対象領域１が入るようにし、その配置姿勢を合わせる。
この状態で第１のカメラと全撮像対象領域の幾何学的位置・姿勢関係を計測するための仮の撮像を行う。
【００４８】
（ステップＳ６０３）制御装置の表示体に撮像画像を表示し、全撮像対象領域１と全撮像対象領域１上の基準点Ｃを指定する。全撮像対象領域１の指定方法は、ステップＳ２０１における方法を採る。基準点Ｃは第１のカメラ１０の光軸と全撮像対象領域１との交点に合わせることが好ましいが、現実は困難を伴うことから、撮像画像の中心近辺に合わせることでも問題はない。
【００４９】
（ステップＳ６０４）全撮像対象領域１を平面と見做したときの該平面を含む全撮像対象領域基準面を計算し、全撮像対象領域基準面の第１のカメラ１０の光軸に対する傾きと第１のカメラ１０から全撮像対象領域基準面に下ろした垂線と全撮像対象領域基準面との交点の基準点Ｃに対する位置と上記角度αｍａｘを計測する。計測方法は、以下のごとくである。
平面と仮定した全撮像対象領域１上の3点以上の任意の複数点を指定し、レーザ等の測距装置３０により測距装置３０から各点への距離と測距装置３０から見た各点および全撮像対象領域１の中心近傍の基準点Cの方位角および俯仰角を測定し、制御装置２００に入力する。各点に対する方位角および俯仰角の測定は、モータＡ１２０、モータＢ１５０およびモータＣ１７０のエンコーダ（第１のカメラの位置・姿勢計測制御手段の一部）の基準位置からの変位と計測器設置調整機構の機械的寸法を使用して行う。
制御装置２００は、これらの距離情報、角度情報、測距装置３０と第１のカメラ１０の寸法データと相対的位置関係データ、およびステップ６０３における撮像領域指定結果を使用して、全撮像対象領域１を平面と見做したときの該平面を含む全撮像対象領域基準面を計算し、全撮像対象領域基準面の第１のカメラ１０の光軸に対する傾き、第１のカメラ１０から全撮像対象領域基準面に下ろした垂線の長さＶ、該垂線と全撮像対象領域基準面との交点ＤＰの基準点Ｃに対する位置関係、角度αｍａｘを計測し、更に角度αｍａｘが所定の角度以下となるための第１のカメラ１０から全撮像対象領域基準面に下ろした垂線の長さＶｉとその条件を計算する。
平面と仮定した全撮像対象領域１上の3点以上の複数点の指定の仕方は、例えば、第１のカメラ１０の撮像画像表示面上でポインター等で撮像画像内の際立った特徴点を指定し、その特徴点の正確な位置を画像処理により制御装置に認識させ記憶させる方法である。
また、交点ＤＰの基準点Ｃに対する位置関係は、具体的な例としては、（ステップＳ６０３）で指定した全撮像対象領域１を含む矩形指定枠の隣り合う２辺に平行に直角座標ＸＹの座標軸（原点を基準点Ｃに置き、座標軸の矢印方向が、プラス方向）を置いたときの交点ＤＰと基準点Ｃとの、Ｘ座標およびＹ座標の差分（それぞれΔＸ、ΔＹ）で表される。
また、角度αｍａｘが所定の角度以下となるための第１のカメラ１０から全撮像対象領域基準面に下ろした垂線の長さＶｉとその条件は、好ましい例としては、交点ＤＰの位置を変えない条件でのＶｉ、即ち全撮像対象領域１の表面に対して垂直に第１のカメラ１０を後退させたときのＶｉを計算することである。
【００５０】
（ステップＳ６０５）制御装置２００の表示体上に、全撮像対象領域を示す画像と、この画像に重ねた状態で、交点ＤＰ、基準点Ｃ、角度αｍａｘ、交点ＤＰと基準点Ｃとの位置関係データおよび角度αｍａｘが所定の角度以下となるための第１のカメラ１０から全撮像対象領域基準面に下ろした垂線の長さＶｉに関する情報を制御装置の表示体に表示し、作業者はそれを見て次のアクションを行う。
ここで、交点ＤＰと基準点Ｃとの位置関係データの表示方法の例は、図６に示すように、交点ＤＰを基準点Ｃに移動するためのＸおよびＹ方向移動距離「−ΔＸ」および「−ΔＹ」を表示することである。また、Ｖｉに関する情報としてΔＶｉ（＝Ｖｉ−Ｖ）を表示することが好ましい。更にまた、全撮像対象領域を示す画像については、上記計測結果により正対化した画像とすることが作業者が参照するときの感覚の観点から好ましい。更にまた、作業者の作業のしやすさを考慮し、所定の角度を予め制御装置に入力しておき、表示体にαｍａｘと比較しやすいように表示するようにすることが好ましい。
作業者は、最初のアクションとして、表示を見てαｍａｘと所定の角度の関係を認識する。
「αｍａｘ＞所定の角度」の場合は、（ステップＳ６０６）に進み、「αｍａｘ≦所定の角度」の場合は、（ステップＳ６０７）に進む。
【００５１】
（ステップＳ６０６）「αｍａｘ＞所定の角度」の場合
（１）計測器設置調整機構１００の設置環境に照らして、表示に従ってＸＹ方向（全撮像対象領域に平行な面方向）に１００％でなくてもある範囲で表示に示された方向に第１のカメラの位置を変更できる場合は、作業者は、その表示された移動を実現すべく、計測器設置調整機構１００（第１のカメラ１０）を可能な限り移動する。最終の位置まで移動できないときは、その不足分を補償するために第１のカメラ１０から全撮像対象領域１に下ろした垂線の長さＶ（以下、垂直距離Ｖという）を増やす方向に適当に推測して、第１のカメラ１０の撮像範囲２の中に全撮像対象領域１の映像が存在することを確認しながら移動し、確認できたところで第１のカメラ１０を計測器設置調整機構１００共々設置する。その後（ステップＳ６０２）へ移行して、このステップまでの処理を行う。
（２）第１のカメラの位置を、表示された移動を実現すべく、計測器設置調整機構１００（第１のカメラ１０）をＸＹ方向に変更できない場合は、作業者は、垂直距離Ｖを増やす方向に全撮像対象領域面に垂直にΔＶｉの距離だけ移動し、第１のカメラ１０を設置し、ステップＳ６０７移行する。距離ΔＶｉの移動が不可能な場合は、可能な範囲で移動し第１のカメラ１０（計測器設置調整機構１００）設置する。その後（ステップＳ６０２）へ移行して、このステップまでの処理を行う。
（３）第１のカメラの位置を、表示された移動を実現すべく、計測器設置調整機構１００（第１のカメラ１０）をＸＹ方向に移動することも、垂直距離Ｖを増やす方向に移動することもできない場合は、作業者は、全撮像対象領域1を１回の撮像では撮像不可能と判断して全撮像対象領域1を少なくとも２分割して撮像するための作業、即ち新たに分割した撮像領域に対して、上述した本発明の分割撮像方式と分割撮像装置によって分割撮像領域を決定し、分割撮像を行わせる作業に入る。
【００５２】
（ステップＳ６０７）（αｍａｘ≦所定の角度  の場合の表示）
作業者は、画像の分解能上問題ないと判断して、制御装置２００に対して第１のカメラの撮像指令を出す。この指令によって第１のカメラ１０は全撮像対象領域１の撮像を行い、撮像画像は制御装置２００に取り込まれ、この撮像画像を使って、前述した方式によって分割撮像領域が決定され、分割撮像が行われる。
【００５３】
以上の記述で、第１のカメラ１０、第２のカメラ２０の種類については、言及してこなかったが、可視光カメラ、赤外線カメラあるいはその他のスチルカメラ、あるいはビデオカメラ等いかなるカメラであっても適用可能である。
【００５４】
以上の説明では、全撮像対象領域がほぼ平面で近似できる範囲で説明をしてきたが、全撮像対象領域が大きな曲率の曲面を含む場合には、その曲面における前記角度αｍａｘの考え方は成立しなくなる。このときは、大きな曲率の曲面の部分を除外して全撮像対象領域を設定して、その領域に対して本発明の方式を適用し、大きな曲率の曲面の部分に対しては第１のカメラ１０あるいは計測器設置調整機構１００を別の位置に設置して、狭い範囲を全撮像対象領域として本発明の方式を適用して分割撮像を実施することになる。
【００５５】
実施例１では、第１のカメラ１０と第２のカメラ２０と測距装置３０が同一の保持部材Ａ１１０に搭載されているが、必ずしも同一の保持部材に搭載される必要はなく、別々に位置、光軸の方向、姿勢が制御されてもいい。
【００５６】
また、実施例１で、三脚保持台１９０と保持手段Ｃ１６０の間にモータＣ１７０を配して、三脚保持台１９０の上面１９１と保持手段Ｃ１６０の相対的な角度を調整しているが、この大きな目的は、全撮像対象領域１の撮像画像を三脚保持台１９０の設置姿勢に関係なく第１のカメラ１０の撮像範囲にスペース効率よく入れることができるように調節をすることにある。この調節ができることにより、三脚保持台１９０の現場での設置が、現場の状況に合わせて自由にできることとなり、現場作業が容易になる利点を持っている。しかし、現場の三脚保持台設置環境がよい場合には、上記調節手段は手動調節手段に置き換えることも可能である。  
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１の全体構成を撮像領域とズーム機能を持つ広視野角の第１のカメラの撮像範囲を関連させて示す立体概念図である。
【図２】分割撮像領域の決定とその分割撮像領域に第２のカメラ２０の撮像範囲を上下左右均等に重ね合わせるための第２のカメラ２０の光軸２１の方向と位置と姿勢を決定するプロセスを示すフローチャート
【図３】分割撮像領域の決定プロセスを説明するための補助図
【図４】第１のカメラの画角調整方法を説明するための補助図
【図５】第１のカメラの全撮像対象領域に対する配置の違いと移動方向を割出すための計測方法を説明するための補助図
【図６】第１のカメラの移動方向を割出すための計測結果の表示画面の一例を示す図
【符号の説明】
【００５８】
１          撮像領域全体
２          第１のカメラの撮像範囲
１０          第１のカメラ
１１          第１のカメラの光軸
２０          第２のカメラ
２１          第２のカメラの光軸
３０          測距装置
１００          計測器設置調整機構
１１０          保持手段Ａ
１１１ａ        回転軸
１１１ｂ        回転軸
１２０          モータＥ
１２１          出力軸
１２２          固定部材
１２３          カップリング
１３０          軸受
１３１          固定部材
１４０          保持手段Ｂ
１５０          モータＡ
１５１          出力軸
１５２          固定部材
１６０          保持手段Ｃ
１６１ａ        回転軸
１６１ｂ        回転軸
１７０          モータＨ
１７１          出力軸
１７２          固定部材
１７３          カップリング
１８０          軸受
１８１          固定部材
１９０          三脚保持台
１９１          上面
２００          制御装置
２０１          接続ケーブル
２０２          接続ケーブル
２０３          接続ケーブル
２０４          接続ケーブル
２０５          接続ケーブル
２０６          接続ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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